KR20110112684A

KR20110112684A - 응축장치를 사용하여 증발된 수증기를 회수하고 백연을 경감하는 방법 및 그 장치

Info

Publication number: KR20110112684A
Application number: KR1020100031939A
Authority: KR
Inventors: 권오익; 송정한; 조영화
Original assignee: (주)대일아쿠아; 송정한; 권오익
Priority date: 2010-04-07
Filing date: 2010-04-07
Publication date: 2011-10-13
Also published as: KR101200330B1

Abstract

본 발명은 연돌 또는 냉각탑을 통해 대기로 방출되는 포화상태의 배출공기로부터 대기의 찬 공기를 이용하여 포화수증기에서 수분을 응축하여 회수할 수 있고, 응축된 후 수분함량과 온도가 낮아진 상태의 배출공기와, 응축기를 통과하면서 가열되어 저습도로 된 응축공기를 혼합시켜 백연을 경감시키는 응축장치, 이를 이용한 백연경감 및 증발수 회수방법에 관한 것이다. 본 발명은 연돌 또는 덕트에서 배출되는 포화수증기를 내부로 유입시켜 수증기를 회수하는 응축장치에 있어서, 상기 굴뚝 또는 상기 덕트에서 배출되는 포화수증기의 유속을 감소시켜 유입시키는 감속부; 대기중의 공기를 유입시켜 상기 포화수증기를 응축시키는 응축부; 상기 응축부를 통과한 대기 중의 공기를 외부로 배출하는 제1 배출관; 및 상기 응축부를 통과한 상기 포화 수증기를 외부로 배출하는 제2 배출관; 을 포함하고, 상기 제1 배출관의 단부는 상기 제2 배출관의 내측으로 연결되는 것을 특징으로 한다.

Description

응축장치를 사용하여 증발된 수증기를 회수하고 백연을 경감하는 방법 및 그 장치{Evaporated Water Recovery and Plume Abatement Apparatus from the evaporated water vapor using Condensing Device and Method using the same}

본 발명은 연돌 또는 냉각탑을 통해 대기로 방출되는 포화상태의 배출공기로부터 대기의 찬 공기를 이용하여 포화수증기를 축하여 회수할 수 있고, 응축된 후 수분함량과 온도가 낮아진 상태의 배출공기와, 응축기를 통과하면서 가열되어 저습도로 된 응축공기를 혼합시켜 백연을 경감시키는 백연경감 및 증발수 회수 장치와 제어방법에 관한 것이다.

철강플랜트의 경우 쇳물을 연속주조기를 통과시켜 슬래브나 블룸, 빌릿 등의 중간 소재를 만드는 공정에서 600℃의 쇳물을 일정한 형태로 주조하기 위해 다량의 물을 쇳물에 뿌릴 때 물은 쇳물에 닫는 순간 수증기 상태로 되고 송풍팬에 의해 연돌(굴뚝)을 통해 대기로 방출되게 된다. 일반적으로 연속주조설비의 굴뚝을 통해 대기로 사라지는 물의 양은 굴뚝 하나 당 일일 200~300 톤에 이르며 철강공장 전체 용수의 60%에 이를 정도로 물의 소비량이 매우 높다. 굴뚝에서 배출되는 포화수증기의 온도는 60~80℃로 대기의 온도에 상관없이 포화수증기가 노점이하로 떨어져 하얀 연기처럼 보이는 백연이 연중 발생한다. 백연은 순수한 수증기로 유해한 물질이 아니지만, 공장외부에서 볼 때 제조공정에서 발생되는 시각적 공해물질로 인식되어 환경문제를 야기하고 있다.

석유화학, 식품, 반도체, 전자제품, 자동차, 펄프, 철강 등과 같은 제조공장의 공정이나 공조용 냉동기를 비롯한 각종 기계장치에서 발생된 열을 물로 직접 냉각시키거나 수냉식 열교환장치를 이용하여 간접적으로 냉각시켜 물로 전달된 열을 냉각탑에 의해 냉각시킬 때 냉각수 중 일부가 증발되어 대기로 방출된다. 철강플랜트의 경우 전체 공장용수의 20~30%, 일반플랜트의 경우 전체 공장용수의 70~80%가 냉각탑을 통해 증발되어 대기로 사라진다. 또한 냉각탑에서 배출되는 포화공기는 대기의 온도가 대략 20℃ 이하가 되면 포화공기 중의 수증기가 노점온도 이하가 되어 백연이 발생된다. 백연은 공장외부에서 볼 때 제조공정에서 발생되는 공해물질로 인식되고 있으며 동절기에는 포화배출공기로부터 응축된 물방울이 냉각탑 주변은 물론 공장의 경계영역 밖으로까지 떨어져 결빙되어 안전사고를 유발한다.

물부족으로 생산활동이 제한받는 상황이 갈수록 심해지고 있어 절수를 위한 연구와는 별개로, 증발되어 대기로 방출되어 사라져 버리는 물을 회수하기 위한 연구가 오래전부터 연구되어 왔다. 배출되는 포화수증기 또는 포화공기로부터 수증기를 응축하기 위해 저온의 물을 사용하는 연구가 주종을 이루어 왔으나 저온의 물을 만들기 위한 별도의 냉동기를 필요로 하기 때문에 수증기를 응축하기 위한 장치설치비용과 운전비용이 높아 실제로 널리 적용되지 못하고 있다.

도 1는 종래의 통상적인 백연경감 냉각탑의 개략적인 종단면도이다.

도 1을 참조하면, 통상적인 백연경감 냉각탑은 냉각탑(150)의 양측부(157) 하부에 구성되는 한 쌍의 습식부 공기흡입구(158); 열 교환기(163)를 포함하는 한 쌍의 건식부 공기흡입구(153); 건식부 공기흡입구(153)와 대향하는 공기 완충영역에 설치되는 공기혼합기(161); 공기 토출영역에 배치되는 팬 스택(164); 팬 스택(164)내에 설치되는 구동부(151); 한 쌍의 열 교환기(163)와 연결되어 냉각탑(150) 내부 습식 열교환부(156) 상부에 설치되는 물 분배관(162); 물 분배관(162) 상부에 배치되는 비산제거기(154); 및 습식 열교환부(156)의 하부에 집수조(159)로 구성된다. 여기에서, 상기 건식부 공기흡입구(153)에는 유입되는 공기량을 조절하는 댐퍼(152)가 설치된다.

상기와 같은 종래의 백연경감 냉각탑은 단지 백연을 줄이는 역할만 할 뿐이고, 냉각탑에서 증발되어 대기로 사라지는 물을 회수할 수는 없다. 더욱이, 건식부를 통과한 저습의 공기와 습식부를 통과한 포화공기를 혼합하는 공기혼합기(161)가 있지만, 냉각탑 중심부에서 이들 두 공기가 잘 혼합되지 않아 백연경감 효과가 크지 않다는 문제와 백연 경감을 위한 열교환기의 비용이 통상의 일반 냉각탑 비용의 200 - 300%에 이르는 등 비용이 높아지는 문제점이 있었다.

연돌에서 물을 회수하고 백연을 경감하기 위한 종래의 기술은 포화수증기에 냉수를 직접 분무시켜 수증기를 응축을 시킨 후 사막여과기를 통과시켜 미세 물입자를 제거하는 방법으로, 수증기를 응축 회수하는 것과 전열기를 사용하여 포화수증기를 가열시켜 불포화 상태로 만들어 대기로 방출하여 백연을 경감시키는 방법이 개별적으로 이루어져 왔다. 고온의 포화수증기에 냉수를 분무하여 수증기를 응축할 때 분무된 냉수는 포화수증기의 온도에 근접하게 상승하게 됨으로 분무된 물은 냉동기를 사용하여 재 냉각을 시켜야되며, 포화수증기의 백연을 없애기 위한 전기 가열기는 전기소비량이 높기 때문에 실용적으로 적용하는데 문제가 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 예를 들어, 공장의 연돌로부터 배출되는 포화수증기 또는 냉각탑으로부터 배출되는 포화공기를 대기 중으로부터 유입되는 공기와 열교환하도록 함으로써, 별도의 가열장치나 열교환장치를 사용하지 않고 포화수증기 또는 포화공기에 포함되어 있는 수증기가 응축에 의해 제거되도록 하는 응축장치를 이용하는 백연경감 및 증발수 회수장치와 그 제어방법을 제공하는 것으로 목적으로 한다.

또한, 응축과정에서 수분함량과 온도가 감소된 포화수증기 또는 포화공기를 상기 포화수증기 또는 포화공기와의 열교환에 의해 온도가 상승된 대기로부터 유입된 공기와 혼합하여 상대습도를 낮춘 상태에서 배출함으로써 백연의 발생이 경감되도록 하는 백연경감 및 증발수 회수장치와 그 제어방법을 제공하는 것으로 목적으로 한다.

또한, 공장의 연돌로부터 배출되는 포화수증기 또는 냉각탑으로부터 배출되는 포화공기를 대기 중으로부터 유입되는 공기와 열교환하도록 함으로써, 응축과정에 의해 포화수증기 또는 포화공기에 포함되어 있는 수증기를 회수할 수 있는 증발수 회수방법 및 장치를 제공하는 것으로 목적으로 한다.

본 발명은 상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제1 측면에 따른 백연경감 및 증발수 회수장치는, 연돌 또는 덕트에서 배출되는 포화수증기를 응축하여 물을 회수하고 백연을 경감시키는 백연경감 및 증발수 회수장치에 있어서, 상기 연돌 또는 덕트에서 배출되는 포화수증기의 유속을 감속시키는 감속부; 대기의 공기가 유입되어 그 내부로 유동하는 복수의 응축관을 구비하며, 상기 감속부를 통과한 포화수증기를 상기 복수의 응축관 외부표면으로 유동시켜, 상기 응축관 외부의 고온의 포화수증기와 상기 응축관 내부의 저온의 대기 공기가 열교환하는 응축부; 상기 응축부에서의 열교환과정에서 상기 응축관 외부의 포화수증기의 응축잠열에 의해 가열된 응축관의 내부의 대기의 공기를 배출하는 제1 배출관; 상기 응축부에서의 열교환과정에서 상기 응축관 내부의 대기의 공기로 응축잠열을 방출한 포화수증기를 배출하는 제2 배출관; 및 상기 제1 배출관을 통하여 배출된 대기의 공기와 상기 제2 배출관을 통하여 배출된 포화수증기를 혼합하는 혼합부를 포함하는 백연경감 및 증발수 회수장치에 관한 것이다.

본 발명의 제2 측면은, 냉각탑의 상단에 설치되는 팬, 냉각탑의 양측의 하부에 배치되는 한 쌍의 습식부 공기흡입구, 냉각수 분사부, 습식부 공기흡입구로 유입되는 공기와 냉각수가 열교환을 하는 충전재, 냉각탑의 상부에 배치되는 한쌍의 건식부 공기흡입구, 건식부 공기흡입구로 유입되는 대기의 공기량을 조절하는 외부댐퍼, 충전재를 통과하여 상방향으로 이동되어 건식부로 유동되는 포화공기량을 조절하는 내부댐퍼; 건식부 공기흡입구를 통하여 유입되는 대기의 공기와 충전재를 통과하는 포화공기가 열교환하는 응축기; 및 상기 응축기에서 응축되어 습도가 낮아진 포화공기와 상기 응축기를 통과하며 온도가 상승한 대기의 공기가 서로 혼합되는 혼합부를 포함하는 백연경감 및 증발수 회수 냉각탑에 있어서, 상기 응축기는 상기 충전재를 통과한 포화공기가 유동하는 포화공기유로와 상기 건식부 공기흡입구를 통해 유입된 외기가 유동하는 응축공기유로를 포함하고, 상기 포화공기유로 및 응축공기유로는 서로 대략 수직으로 배치되며, 복수개가 서로 교대로 배치되는 백연경감 및 증발수 회수 냉각탑에 관한 것이다.

상기 응축기의 포화공기유로 및 응축공기유로는 얇은 재질의 시트로 이루어지며, 상기 시트의 가장자리에는 복수의 오목형 버튼식 체결구와 이에 대응하는 복수의 볼록형 버튼식 체결구가 형성되며, 상기 대향하는 시트들의 가장자리의 접합부에 접착제를 도포한 다음, 상기 복수의 오목형 버튼식 체결구와 대응하는 상기 복수의 볼록형 버튼식 체결구를 결합시켜 포화공기유로와 응축공기유로가 형성될 수 있다.

상기 본 발명의 제2 측면에 따른 백연경감 및 증발수 회수 냉각탑에서, 대기의 온도가 28℃ 이상이면 상기 외부댐퍼는 폐쇄되고, 상기 내부댐퍼는 개방되며, 대기의 온도가 24 - 28℃ 이면 상기 외부댐퍼와 상기 내부댐퍼는 개방되고, 대기의 온도가 24℃ 미만이면 상기 외부댐퍼는 개방되고, 상기 내부댐퍼는 폐쇄된다.

본 발명의 제3 측면은, 하부의 습식부와 상부의 건식부를 포함하고, 포화공기를 응축하여 수증기를 회수하고 백연을 경감시키는 백연경감 및 증발수 회수 냉각탑에 있어서, 상기 냉각탑의 내측으로 포화공기를 유입시키는 제1 팬; 상기 포화공기를 냉각수와의 열교환에 의해 온도를 저하시키는 밀폐형 또는 개방형 열교환부; 건식부의 공기흡입구를 통하여 유입되는 대기의 공기가 통과하는 응축공기유로와, 상기 열교환부를 통과한 포화공기가 통과하는 포화공기유로로 이루어지며, 상기 응축공기유로와 상기 포화공기유로가 상호 인접하게 배치되어 응축공기유로내의 대기의 공기와 포화공기유로내의 포화공기가 열교환을 하는 응축기; 상기 응축기의 응축기 유로로 대기의 공기를 유입시키는 제2 팬; 상기 응축기의 상부에 배치된 공기혼합기; 및 상기 응축기로부터 배출되는 대기의 공기를 상기 공기혼합기로 배출시키는 유도관을 포함하며, 상기 응축기의 포화공기유로를 통과하면서 응축되어 습도가 낮아진 포화공기와 상기 응축기의 응축공기유로를 통과하면서 온도가 상승되고 상기 유도관을 통하여 배출되는 대기의 공기가 상기 공기혼합기에서 혼합되는 백연경감 냉각탑에 관한 것이다.

상기 공기혼합기는 복수의 혼합관을 포함하며, 상기 혼합관은 배출구를 포함할 수 있다.

본 발명의 제4 측면은, 포화수증기를 대기중의 공기와 열교환하도록 하여 상기 포화수증기에 포함된 수증기를 응축하여 회수하여 백연을 경감시키는 백연경감 및 증발수 회수방법에 있어서, 연돌 또는 덕트에서 배출되는 포화수증기를 냉각수와 열교환시키는 1차 열교환단계; 응축기의 응축관 내부로 대기의 공기를 통과시키는 단계; 상기 1차 열교환단계를 거친 포화수증기를 응축관 외부로 통과시켜서 상기 응축기의 응축관 내부로 통과하는 대기의 공기와 열교환시킴으로써, 상기 응축관 외부의 고온의 포화수증기와 상기 응축관 내부의 저온의 대기 공기가 열교환하는 2차 열교환단계; 및 상기 응축기의 응축관 내부를 통과한 대기의 공기와 상기 응축기의 응축관 외부를 통과한 포화수증기를 혼합하여 열교환시키는 3차 열교환단계를 포함하는 백연경감 및 증발수 회수방법에 관한 것이다.

본 발명은 포화수증기 또는 포화공기와 대기중의 공기의 열교환에 의해 포화수증기 또는 포화공기에 포함된 수증기를 응축하여 제거함으로써, 연돌 또는 냉각탑으로부터 외부로 배출되는 수증기의 양을 감소시켜 백연이 감소되는 효과를 갖는다.

또한, 수분이 감소된 수증기와 포화수증기와의 열교환에 의해 온도가 상승된 공기를 혼합하여 습도를 낮춘 후 배출함으로써 백연이 감소되는 효과를 갖는다.

또한, 백연경감시 포화수증기 또는 포화공기에서 응축에 의해 제거된 물을 수집한 후 재사용하는 효과를 갖는다.

도 1은 종래의 백연경감 냉각탑의 개략적인 종단면도이다.
도 2a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 백연경감 및 증발수 회수장치의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 2b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 백연경감 및 증발수 회수장치의 응축장치에서 사용하는 응축관의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 백연경감 및 증발수 회수장치에서의 응축장치를 통과하는 포화수증기 또는 포화공기의 온도 및 절대습도를 나타내는 선도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 백연경감 및 증발수 회수장치가 설치된 냉각탑의 구성을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 백연경감 및 증발수 회수장치에서 사용하는 응축기의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 백연경감 및 증발수 회수장치에서 사용하는 응축기의 응축공기유로의 내면 구성을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 백연경감 및 증발수 회수장치를 유도통풍식 냉각탑에 적용하여 실증실험을 통해 얻은 결과를 나타내는 선도이다.
도 8은 대기온도별로 포화공기가 응축되는 량을 백분율로 나타낸 선도이다.
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 백연경감 및 증발수 회수장치가 설치된 냉각탑의 구성을 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 제4 실시예에 따른 백연경감 및 증발수 회수장치가 설치된 냉각탑의 구성을 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 제3 및 제4 실시예에 따른 백연경감 및 증발수 회수장치가 설치된 냉각탑에서 사용되는 집수기의 구성을 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 제3 및 제4 실시예에서 사용하는 공기혼합기의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 13은 도 5의 응축기의 단면도이다.
도 14는 도 5의 응축기의 응축시트의 접합공정을 나타낸 도면이다.
도 15는 도 5의 응축기의 응축시트의 접합부 및 경사부를 나타낸 도면이다.

상기 본 발명의 목적과 특징 및 장점은 첨부도면 및 다음의 상세한 설명을 참조함으로서 더욱 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예의 구성 및 그 작용 효과에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1 실시예

도 2a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 백연경감 및 증발수 회수장치(10)의 구성을 나타내는 단면도이다.

도 2a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 백연경감 및 증발수 회수장치(10)는 감속부(13), 응축부(21) 및 증속부(16)를 포함하여 구성될 수 있다.

연돌(11)의 경우, 포화수증기의 유속이 통상 20 - 30 m/s로 매우 빠르기 때문에 그 유속에 응축기를 장착하게 되면 포화수증기가 응축기를 통과하면서 공기압 손실이 20 - 50 mmAq. 정도 발생하여 연돌 배기팬에 문제가 발생하기 때문에 유속을 최대한 줄이는 것이 필요하고, 포화수증기와 응축관 접촉시간을 늘여야 응축공기의 온도를 높일 수 있기 때문에 감속부가 필요하다.

따라서, 연돌(11)로부터 배출되는 20 - 30 m/s의 높은 유속의 포화수증기를 백연경감 및 증발수 회수장치(10)로 유입하여 감속부(13)를 거치면서 2 - 7.5 m/s로 유속을 낮춘 다음, 응축부(21)의 응축관(22)의 외부 표면으로 유동시키고, 한편으로는, 예를 들어, 축류형 팬(18)을 이용하여 대기의 공기를 응축부(21)의 응축관(22) 내부로 강제유동시켜서, 응축관(22) 외부의 고온의 포화수증기와 응축관(22) 내부의 저온의 대기 공기가 열교환이 이루어지게 한다. 이 열교환과정에서 응축관(22) 외부의 포화수증기는 응축되어 중력에 의해 낙하되어 응축조(25)에 모아져서 배수구(24)를 통해 집수장치로 보내져서 재사용할 수 있게 되고, 응축잠열을 방출한 포화수증기는 수분함량 및 온도가 낮추어진 상태로 증속부(16)을 거쳐 제2 배출관(17)으로 유동되어, 상기 열과환과정에서 포화수증기의 응축잠열에 의해 가열되어 제1 배출관(19)으로 배출되는 대기 공기와 혼합되게 함으로써, 배출공기의 상대습도를 낮추어 방출구(c)를 통하여 대기로 방출하여 백연이 형성되지 않는다. 여기서, 상기 제1 배출관(19)을 상기 제2 배출관(17)에 30 - 40°의 입사각으로 연결시킴으로써, 상기 제1 배출관(19)으로 배출되는 공기와 상기 제2 배출관(17)으로 배출되는 대기 공기가 별도의 혼합장치 없이 덕트 내부에서 잘 혼합될 수 있다.

상기 백연경감 및 증발수 회수장치(10)에서의 감속부(13)는 공장의 연돌(굴뚝) 등에서 방출되는 20 - 30 m/s의 높은 유속의 포화수증기를 2 - 7.5 m/s로 감속시키는 기능을 하며, 상기 감속부(13)의 형상은, 예를 들어, 원통형으로 구성되되, 포화수증기가 유입되는 입구로부터 포화수증기가 배출되는 출구까지 단면적이 점차적으로 증가되도록 구성되어 있어서, 종단에서 볼 때는 전체적으로 사다리꼴 형태의 단면 구조를 갖는다(도 2a 참조).

도 2b는 연돌에서 배출되는 포화수증기를 대기의 공기를 이용하여 응축하는 공냉식 응축기(21)의 내부 구성을 나타낸 도면으로서, 금속파이프로 된 응축관(22)을 수평으로 가로질러 배열하고 대기의 공기는 금속파이프(22)의 내부(26)로 유동하고, 포화수증기는 응축관(22)들 사이의 공간(23)으로 유동한다. 이와 같이, 응축관(22) 내부의 저온의 대기 공기와 응축관(22)벽 외부의 고온의 포화수증기가 열교환을 함으로써 포화수증기가 응축관(22) 벽의 외부 표면에 응축되는데, 포화수증기를 효과적으로 응축관(22)의 외부 표면에서 응축시키기 위하여는, 응축관(22)들 사이의 공간(23)을 통과하는 포화수증기의 유속이 2 - 7.5 m/s가 되는 것이 바람직하다. 포화수증기의 유속은 6m/s로 되는 것이 가장 바람직하다. 예를 들어, 응축관의 길이, 응축관의 피치, 응축관열의 피치, 열당 응축관의 수를 결정함으로써, 응축관(22)들 사이의 공간(23)에서의 포화수증기의 유속을 2 - 6 m/s로 설정할 수 있다. 또한, 응축관(22)의 내부(26)를 유동하는 대기 공기의 유속이 10 - 15 m/s가 되도록 응축관(22)의 직경 및 응축관의 수를 결정하는 것이 바람직하다. 또한, 응축관(22)의 두께가 얇을 수록 열전도량이 커져서 포화수증기의 응축량이 증가되므로, 응축관(22)의 두께는 1.2 - 2.5 mm가 바람직하며, 응축관은 50 - 150A의 동관 또는 알루미늄 합금강이 바람직하다.

상기 백연경감 및 증발수 회수장치(10)에서의 증속부(13)는 응축부(20)를 통과한 포화수증기의 유속을 증가시키는데, 증속부(16)의 입구 단면적을 출구 단면적 보다 크게 하여 포화수증기가 배출구쪽으로 유동하는 동안 단면적을 감소시켜 유속을 증가시킨다. 증속부(16)의 종단면 형상은 역사다리꼴의 단면 구조로 이루어질 수 있다.

이어서, 제1 실시예에 따른 백연경감 및 증발수 회수장치의 동작을 살펴보면 다음과 같다.

제1 실시예에 따른 백연경감 및 증발수 회수장치(10)를 동작시키면, 연돌 등에서 방출되는 포화수증기는 감속부(13)를 통해 응축장치(21)로 유입되고, 유입된 포화수증기는 응축관(22)들 사이에 형성된 공간(23)을 통과한다. 한편, 백연경감 및 증발수 회수장치(10)가 동작되면 팬(18)이 동작하여 응축관(22)의 내부(26)로 대기 중의 공기를 유입시킨다. 응축관(22)의 내부(26)로 유입된 공기는 포화수증기와 열교환하여 포화수증기를 응축시킨 다음에 제1 배출관(19)을 통해 배출된다. 제1 배출관(19)으로 배출되는 공기는 응축관(22)에서 포화수증기의 응축잠열에 의해 가열된 상태이며, 응축관(22)들 사이를 통과한 수 제2 배출관(17)으로 배출되는 포화수증기는 습도 및 온도가 저하된 상태이다.

제1 배출관(19)은 제2 배출관(17)의 내측으로 연결되어 있어서, 제1 배출관(19)을 통해 배출되는 대기 공기가 제2 배출관(17)을 통해 배출되는 공기와 혼합되어 포화수증기의 상대습도가 더욱 저하되고, 이와 같이 상대습도가 저하된 포화수증기가 대기 중으로 방출되면 백연의 발생이 경감될 수 있다.

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 백연경감 및 증발수 회수장치를 연돌(굴뚝)에 적용하였을 경우, 도 2a의 백연경감 및 증발수 회수장치(10)를 통과하는 포화수증기의 a, a', b, b' 및 c 지점에서의 공기의 온도 및 절대습도를 나타내는 온도-절대습도 선도(t-x 선도)이다.

선도상의 점 a는 연돌에서 배출되는 포화수증기의 온도 및 절대습도를 나타내며, 점 a'는 응축부(21)를 통과한 후 응축공기에 의해 포화수증기 중 일부가 응축되고 응축잠열을 방출한 상태의 온도 및 절대습도를 나타낸 것으로, 선 a-a'는 포화수증기의 온도 및 절대습도의 변화를 나타낸 것이다.

선도상의 점 b는 대기 공기의 온도 및 절대습도를 나타내며, b'는 대기의 공기가 응축부(21)를 통과하면서 포화수증기로부터 응축잠열을 전달받아 가열된 공기의 온도를 나타낸 것으로서, (대기의 공기는 응축부(21)를 통과하면서 수분의 변화가 없으므로) 선 b-b'는 대기 공기의 온도만을 나타낸다.

선도상의 점 c는 상기 서로 다른 상태의 두 공기가 만나 혼합되는 도 2a의 c 지점에서의 혼합공기의 온도 및 절대습도를 나타낸다. 선 c-b는 제2 배출관(17)에서 배출된 공기가 제1 배출관(19)에서 배출된 대기의 공기와 만나 희석되면서 대기의 공기 상태인 b상태로 돌아가는 것을 나타낸 것이다. 선 c-b가 공기포화곡선을 초과하지 않으면, 배출공기 중의 수증기가 응축되지 않게 되므로 백연이 발생되지 않는 것을 나타낸다.

제2 실시예

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 백연경감 및 증발수 회수장치가 설치된 유도통풍식 냉각탑(30)의 구성을 나타내는 도면이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 백연경감 및 증발수 회수장치가 설치된 냉각탑(30)은 냉각탑의 상단에 설치되는 팬(31), 냉각탑의 양측의 하부에 배치되는 한 쌍의 습식부 공기흡입구(34), 충전재(33), 냉각수 분사배관(40), 냉각탑의 상부에 배치되는 한쌍의 건식부 공기흡입구(41), 건식부 공기흡입구(41)로 유입되는 대기의 공기량을 조절하는 외부댐퍼(43), 건식부 공기흡입구(41)를 통하여 유입되는 대기의 공기가 내부를 통과하는 공냉식 응축기(50), 및 충전재(33)를 통과하여 상방향으로 이동되어 건식부로 유동되는 포화공기량을 조절하는 내부댐퍼(37)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 냉각탑(30)은 비산제거기(32), 대기온도 센서(도시 하지 않음)을 포함하는 것이 바람직하다. 상기 팬(31)은 팬(31)은 축류형을 사용하지만, 사용자의 필요에 따라 다른 형태의 팬을 사용할 수도 있다.

상기 본 발명의 제2 실시예에 따른 백연경감 및 증발수 회수장치가 설치된 냉각탑(30)에서는, 냉각탑(30)의 상부에 장착된 축류형 팬(31)을 작동시켜 대기의 공기를 냉각탑(30) 하부의 습식부 공기흡입구(34)를 통해 냉각탑(30)의 내부로 강제로 유입(흡입)하고, 냉각수를 냉각수 분사배관(40)에 장착된 복수개의 분사노즐(39)을 통해, 바람직하기로는, Φ 3 - 5 mm 크기의 입자로 전열매체인 충전재(33)에 분사한다. 중력에 의해 충전재(33)를 통해 하방향으로 유동하는 냉각수는 충전재(33)를 통해 상방향으로 유동하는 대기의 공기와 직접 접촉되어 일부가 증발되어 증발잠열을 방출하게 되고, 냉각수와 대기 공기의 온도차에 의한 현열 열교환에 의해 냉각수가 냉각되고, 냉각수로부터 증발 및 현열 열교환에 의해 제거된 열은 냉각탑 내부로 강제로 유동하는 대기 공기로 전달되며, 이 과정에서 충전재(33)를 통과하는 공기는 포화상태에 이르게 된다. 충전재(33)의 상부에 장착되는 비산제거기(32)는 충전재(33)를 통과하는 냉각수가 냉각탑 내부로 강제 유동하여 상승하는 공기흐름에 편승하여 대기로 방출되는 것을 감소시킨다.

충전재(33)를 통과하는 포화공기 중의 수증기를 응축하고 백연을 경감시키기 위하여 상기 비산제거기(32)의 상부에 공냉식 응축기(50)가 장착된다. 건식부 공기흡입구(41)를 통하여 유입되는 대기의 공기량을 조절하는 외부댐퍼(43)가 상기 응축기(50)의 전면에 배치되며, 대기의 공기온도에 따라 개폐도가 결정된다. 또한, 충전재(33)를 통과한 포화공기(a)가 응축기(50)로 유입되는 포화공기량을 조절하기 위하여 응축기(50)의 하단부에 내부댐퍼(37)가 장착된다.

충전재(33)를 통과한 고온의 포화공기(a)는 응축기(50)를 통과하면서 저온의 대기의 공기에 의해 응축된 후, 수분함량과 온도가 감소된 불포화상태(a')의 공기로 응축기(50)를 떠나게 되고, 응축기(50)를 지나는 대기의 공기는 포화공기가 응축되면서 방출한 응축잠열에 의해 가열된 상태(b')로 응축기(50)를 떠나게 된다. 이들 두 공기는 냉각탑(30)의 공기완충공간(44)에서 혼합되어 상대습도가 크게 낮춰진 상태(c)로 대기로 방출됨으로써 배출공기 중의 수증기가 노점 이하로 떨어지지 않게 되어 백연이 발생되지 않게 된다.

이어서, 상기 공냉식 응축기(50)의 구성에 대하여 좀더 상세히 살펴보기로 한다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 백연경감 및 증발수 회수장치에 사용되는 응축기(50)는 냉각탑(30)의 충전재(33)로부터 배출되는 포화공기를 대기의 공기로 응축하는 기능을 하는 것으로서, 응축공기(대기공기)유로(54) 및 포화공기유로(51)를 포함한다. 포화공기유로(51)는 충전재(33)를 통해 유입된 포화공기가 유동하고, 응축공기유로(54)는 건식부 공기흡입구(41)를 통해 유입된 대기중의 공기가 유동한다. 상기 두 유로(51, 54)를 통과하는 대기의 공기와 포화공기의 온도차에 의해 포화공기는 상기 포화공기유로(51)의 내부 표면에서 응축되어 물이 중력에 의해 낙하하여 비산제거기(32)로 떨어지거나 집수기(120)의 집수로(121)에 모인 다음 집수조(123)의 바닥에 위치한 배수구(122)를 통해 재사용되거나 또는 냉각탑의 수조(38)로 배출된다(도4 및 도10 참조).

상기 포화공기유로(51)는 수직으로 배치되어, 내부댐퍼(37)를 통과한 포화공기의 유입이 용이하도록 하고, 상기 응축공기유로(54)는 수평으로 배치하여, 건식부 공기흡입구(43)를 통해 공급되는 외기의 유입이 용이하도록 하는 것이 바람직하다(즉, 포화공기유로(51)와 응축공기유로(54)는 서로 대략 수직을 이루게 된다).

포화공기유로(51)와 응축공기유로(54)는 각각 소정의 폭, 길이 및 높이로 형성되는데, 포화공기유로(51)의 폭은 응축공기유로(54)의 길이와, 포화공기유로(51)의 길이는 응축공기유로(54)의 폭과 동일하게 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 도 5에 도시한 바와 같이 포화공기유로(51)의 외벽은 응축공기유로(54)의 외벽과 접하도록 배치함으로써, 포화공기유로(51)를 유동하는 포화공기와 응축공기유로(54)를 유동하는 외기의 열교환이 이루어지도록 한다. 열교환을 효율적으로 하기 위하여는 복수개의 포화공기유로(51)와 응축공기유로(54)는 교대로 배치되는 것이 바람직하다.

도 5의 응축기(50)의 포화공기유로(51) 및 응축공기유로(54)는, 예를 들어, 염화비닐수지 재질의 얇은 시트를 성형하여 서로 마주보게 한 후, 응축기(50) 시트의 상하 가장자리의 평탄면에 일정한 간격으로 형성되어 있는 조립버튼(56)을 눌러서 응축공기유로(54)를 복수의 조(세트)를 만든 다음, 이들을 양 측면(53)의 가장자리에 일정한 간격으로 형성되어 있는 상기 조립버튼(56)을 연속적으로 눌러서 포화공기유로(51)를 만든다. 상기 조립버튼(56)은 예를 들어 폭 7 - 9 mm, 길이 200 mm의 볼록형 버튼식 체결구(female slot)(56)와 이에 대응하는 폭 8 - 10 mm, 길이 200 mm의 오목형 버튼식 체결구(male slot)(56)로 이루어질 수 있다. 상기 응축기(50)의 응축시트 접합시, 도 14에 도시된 바와 같이, 먼저 2개의 응축시트의 상하 가장자리 접합면에 접착제를 도포하여 마주시켜서(도 14의 (a) 참조), 양 쪽 응축시트의 가장자리에 형성된 볼록형 버튼식 체결구(56)와 이에 대응하는 오목형 버튼식 체결구(56)를 맞춘 다음 눌러서 결합시키면 응축공기유로 또는 포화공기유로가 형성된다(14의 (b) 참조). 2개의 응축시트가 결합된 응축공기유로 또는 포화공기유로 2개를 전후의 가장자리부를 전술한 방식대로 먼저 접합면에 접착제를 도포한 다음에, 볼록형 버튼식 체결구 및 오목형 버튼식 체결구를 맞추어 눌러서 결합시키면 도 14도의 (c)와 같이 조립될 수 있다. 이와 같이 연속하여 응축기 시트를 접합시키면 복수의 응축공기유로(54) 및 복수의 포화공기유로(51)를 형성할 수 있다. 상기와 같은 방식으로 응축기 시트를 접합할 경우에는, 볼록형 버튼식 체결구와 오목형 버튼식 체결구에 의해 자체고정되므로, 접착제를 도포한 후에 소정시간 접합면을 고정할 필요가 없다.

각각의 유로가 일정한 간격(예를 들어, 30 - 60 mm)을 유지하면서 공기 저항이 최소가 되게 진공성형된 응축기(50) 시트의 수직 및 수평의 양 방향으로 돌기(59)가 일정한 간격(예를 들어, 약 75 mm)으로 형성되어 있으며, 포화공기유로(51)의 벽면에 응축된 물이 중력에 의해 하방향으로 신속히 흘러 내릴 수 있도록 하고, 응축기(50) 시트의 강도보강 및 표면적 증가를 위해 응축기(50) 시트의 바닥에 3 - 5 mm 높이의 물결무늬의 돌조부(58)가 예를 들어 10 - 20 mm 간격으로 구비된다. 이때, 상기 시트의 결합은 접착에 의해 이루어질 수 있으며, 이외에도 특정한 방식으로 제한되지 않고 제작자에 의해 다양한 방식으로 이루어질 수 있다.

상기 포화공기유로(51) 및 응축공기유로(54)의 제작에 사용되는 시트는 두께가 얇을수록 열전달량이 높아져 포화공기의 응축량이 늘어나기 때문에, 가능한한 시트의 두께가 얇은 것이 바람직하지만, 시트 자체의 중량, 공기유속 및 포화증기의 열에 의한 변형 방지를 위해 시트의 두께는 0.3 - 0.4mm 인 것이 바람직하다.

한편, 포화공기를 효과적으로 응축기(50)의 포화공기유로(51)의 표면에 응축되게 하기 위하여는 포화공기유로(54) 및 응축공기유로(51)를 통과하는 공기의 유속을 2 - 7.5 m/s가 되도록 하는 것이 바람직하다. 상기 공기의 유속은 2 - 6 m/s으로 되는 것이 가장 바람직하다.

유로에서의 공기압력손실은 다음의 식에 의해 산출된다.

유로에서의 공기압력손실 = K*ρm*V²*D/(2*ｇ)

여기서, K는 공기압 손실계수, ρm는 공기의 평균밀도(kg/m²), V는 공기의 평균유속(m/s), ｇ는 중력가속도(m/s²)이다.

상기 식에서 알 수 있는 바와 같이 유로에서의 압력손실은 공기의 속도의 제곱에 비례하기 때문에 유체의 압력손실을 줄이기 위하여는 7.5 m/s 이하가 적절하다. 6m/s 이하가 되는 것이 가장 바람직하다(응축기를 통과하는 포화공기의 유속을 7.5m/s 이하로 유지하는 이유는 제1실시예의 경우에서도 동일하다). 이와 같이, 포화공기의 유속을 7.5m/s이하로 해야 포화공기유로를 통과하는 공기의 흐름저항이 줄어들어서 추가동력이 소요되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 하기의 표1에서 알 수 있듯이, 응축관 표면에서의 포화공기의 응축률은 유속이 빠르면 응축률이 저조하다. 실험결과, 포화공기의 유량을 증가시키 위하여(즉, 유속을 빠르게 하기 위하여) 팬의 회전수를 증가시켰으나, 공기압 손실이 급격히 증가하여 유로를 통과하는 공기량이 크게 늘어나지 않았다.

(하기의 표1의 실험에서는, 대기의 온도가 8.5℃, 냉각탑에서 배출되는 포화공기의 온도가 32.5℃인 상태에서(증발율은 1.2% 인 상태를 유지), 배출덕트의 면적을 변경시켜 응축기를 통과하는 포화공기의 유속을 변경하면서 응축되는 양을 냉각탑에서 증발되는 물의 양으로 나눈 것을 응축률로 환산하였음)

포화공기 유속	5 m/s	7.5 m/s	10 m/s	15 m/s
응축률	32.7%	32.1%	18.6%	12.25

한편, 유체의 속도가 2 m/s 이하인 경우에는 응축관에서의 열교환효율이 저하된다.

또한, 포화공기유로(51)와 응축공기유로(54)의 입구 및 출구에는 양측으로 포화공기 및 공기의 유입과 유출을 가이드하기 위해 가이더(55)가 각각 형성되는 것이 바람직하다. 가이더(55)의 형성각도는 공기의 유동 방향에 대하여 50 - 80°인 것이 바람직하다. 양측의 가이더(55)는 대향하여 설치됨으로서 전체적으로 V자 형태로 형성될 수 있다. 또한, 가이더(55) 상에는 가이더(55)의 강도 보강을 위해 보강용 주름(57)이 형성될 수 있다(도 15 참조). 상기 보강용 주름은 예를 들어 8 - 10 mm 폭의 주름을 30 - 50 mm의 간격으로 배치할 수 있다.

이어서, 제2 실시예에 따른 백연경감 및 증발수 회수장치의 동작을 살펴보면 다음과 같다.

제2 실시예에 따른 백연경감 및 증발수 회수장치가 설치된 냉각탑(30)에서 팬(31)을 동작시키면, 습식부 공기흡입구(34)를 통해 냉각탑(30) 내부로 유입된 대기 공기가 충전재(33)을 통과하면서 포화공기로 되며, 이 포화공기는 공냉식 응축기(50)의 포화공기유로(51)를 통과한다. 포화공기유로(51)를 통과하는 공기는 건식부 공기흡입구(43)를 통하여 유입되어 응축기(50)의 응축공기유로(54)를 통과하는 대기의 공기와 열교환을 하여 포화공기유로(51)내의 포화공기가 포화공기유로(51)의 표면에 응축된다. 이 때, 포화공기의 응축률이 최적으로 되기 위해서 포화공기유로(51)와 응축공기유로(54)를 통과하는 공기의 유속은 2 - 7.5 m/s로 설정하는 것이 바람직하다. 상기 공기의 유속은 6m/s이하로 설정하는 것이 가장 바람직하다. 이 과정에 의해 별도의 가열장치나 열교환기 없이 포화공기의 온도 및 습도를 낮출 수 있다. 상기 응축기(50)에서의 응축과정에서 수분의 응축량이 증가되면 하부로 낙하하여 비산제거기(32)로 떨어뜨리거나 집수기(120)의 집수로(121)에 모은 다음 집수조(123)의 바닥에 있는 배수구(122)를 통해 재활용될 수 있다. 또는 냉각탑 수조(38)로 배출될 수 있다.

상기 과정에서, 포화공기유로(51)를 통과한 포화공기는 응축에 의해 수분함량과 온도가 감소되어 있는 불포화상태(a')로서 응축기(50)로부터 배출되며, 응축공기유로(54)를 통과한 대기의 공기는 포화공기에서 방출된 응축잠열에 의해 가열된 상태(b')로 응축기(50)로부터 배출되고, 이들 두 종류의 공기는 공기혼합공간(44)에서 혼합되어 상대습도가 크게 낮추어진 상태(c)로 팬(31)을 통해 냉각탑(30) 외부로 방출된다. 이때 배출되는 공기는 상대습도가 낮고, 온도가 노점 이하로 떨어지지 않게 되므로 백연이 발생되지 않게 된다.

도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 백연경감 및 증발수 회수장치를 유도통풍식 냉각탑(30)에 적용하여 실증실험을 통해 얻은 결과를 나타내는 선도로서, 도 4의 백연경감 및 증발수 회수장치가 설치된 냉각탑(30)에서의 a, a', b, b' 및 c점에서의 공기의 온도 및 절대습도를 나타내는 온도-절대습도 선도 (t-x 선도)이다.

선도상의 b는 냉각탑 습식부 공기흡입구(34)와 건식부 공기흡입구(41)로부터 냉각탑 내부 및 응축기(50)로 유입되는 대기의 온도 및 절대습도를 나타내고, a는 냉각탑 충전재(33)로부터 배출되는 포화공기의 온도 및 절대습도를 나타내며, 선 b-a는 충전재(33)를 통과하는 공기의 온도 및 절대습도 변화를 나타낸다.

선도상의 a'는 응축기(50)를 통과한 후 대기의 공기에 의해 포화공기 중 일부가 응축되고 응축잠열을 방출한 상태의 온도 및 절대습도를 나타낸다. 선 a-a'는 포화공기의 온도 및 절대습도 변화를 나타낸다.

선도상의 b'는 대기의 공기가 응축기(50)를 통과하면서 포화공기로부터 응축잠열을 전달받아 가열된 공기의 온도를 나타낸 것으로, 응축기(50)를 통과하면서 수분의 변화가 없음으로 선 b-b'는 응축공기의 온도변화 만을 나타낸다.

선도상의 c는 상기 서로 다른 상태의 두 공기가 만나 혼합된 상태에서의 온도 및 절대습도를 나타낸다. 선 c-b는 냉각탑(30)을 떠난 혼합공기가 대기의 공기와 만나 희석되면서 대기의 공기 상태를 나타내는 b상태로 돌아가는 것을 나타낸 것이다. 선 c-b가 공기포화곡선을 초과하지 않으면, 배출공기 중의 수증기가 응축되지 않음을 의미하므로 백연이 발생되지 않는다.

이어서, 본 발명의 제2 실시예에 따른 백연경감 및 증발수 회수장치가 설치된 냉각탑(30)의 대기 온도별 운전모드에 대하여 설명하기로 한다.

제2 실시예에 따른 장치에서는, 외부댐퍼(43)와 내부댐퍼(37)의 동작을 위해 대기의 온도를 측정하는 온도 센서(미도시)가 설치되는 것이 바람직하다.

도 8은 대기온도별로 포화공기가 응축되는 양을 백분율로 나타낸 선도로서, 도면의 선도는 실증실험을 통해 예상되는 응축율을 도식화한 것이다.

도 8에 나타낸 바와 같이, 제2 실시예에 따른 냉각탑(30)을 사용할 때, 대기의 온도가 28℃를 이상인 고온일 때는 응축기 전면에 있는 외부댐퍼(43)를 완전히 닫고 내부댐퍼(37)는 완전히 개방한 상태에서 냉각탑을 운전하여야 냉각탑에서 요구하는 온도로 냉각이 가능하다. 그리고, 대기의 온도가 24 - 28℃ 범위가 되면 외부댐퍼(43)와 내부댐퍼(37)를 완전히 개방한 상태에서 냉각탑을 운전하면 포화공기를 5 - 10% 정도 응축할 수 있다. 또한, 대기의 온도가 24℃ 미만이 되면 외부댐퍼(43)는 완전히 개방하고 내부댐퍼(37)를 닫아 포화공기 전부가 응축기를 통과하게 함으로써 포화공기를 응축하고 백연을 경감할 수 있다. 제2 실시예예에 따른 백연경감 및 증발수 회수장치가 설치된 냉각탑(30)의 응축량은 대기의 온도가 낮을수록 증가하며 연평균 응축율은 증발량의 20 - 30% 정도가 된다.

제3 실시예

도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 압입송풍식 밀폐형 냉각탑(60)의 구성을 나타내는 도면이다. 이 압입송풍식 밀폐형 냉각탑(60)은 열전달매체로 튜브번들(63)을 사용한 것으로, 냉각수를 냉각탑 내부로 유입되는 공기와 직접 접촉되지 않게 하여 냉각시킬 때 적용한다.

도 9를 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 냉각탑은 하부의 축류형 또는 원심형팬인 제1 팬(64), 건식부 공기흡입구에 배치된 제2 팬(31), 튜브번들(63), 분사노즐(39), 응축기(50a), 유도관(61) 및 공기 혼합기(90)를 포함한다.

제3 실시예에 따른 백연경감 및 증발수 회수장치가 설치된 냉각탑(60)에서는 하부에 장착된 축류형 또는 원심형팬(64)을 가동하여 대기의 공기를 공기흡입구(65)를 통해 냉각탑(60) 내부로 강제송풍한다. 그리고, 전열매체인 튜브번들(63)에 분무수 또는 냉각수를 물분사배관(40)에 장착된 분사노즐(39)을 통해 Φ 3 - 5 mm 크기의 입자로 분사시켜 튜브번들(63) 내부를 유동하는 냉각수의 열을 분무수로 간접 전달한 다음, 분무수로 전달된 열을 냉각탑 내부로 유입되어 튜브번들(63)을 통하여 상방향으로 유동하는 대기의 공기와 직접 접촉시켜 분무수 또는 냉각수 일부가 증발되어 증발잠열을 빼앗고, 공기의 온도차에 의한 현열 열교환에 의해 냉각수를 냉각시키게 된다. 냉각수로부터 제거된 열은 냉각탑(60) 내부로 강제로 유동하는 공기로 전달되며, 이 과정에서 공기는 포화상태에 이르게 된다.

제3 실시예의 압입송풍식 밀폐형 냉각탑(60)에서는 제2 실시예의 유도통풍식 냉각탑(30)과 달리 응축기(50a)에 대기의 공기를 공급하기 위하여는 별도의 축류형 팬인 제2 팬(31)이 응축기(50a)의 일단 외측에 설치된다.

제3 실시예에서 유도관(61)은 응축기(50a)의 포화공기유로(54)에서 배출되는 불포화 상태의 공기를 후술하는 공기혼합기(90)의 혼합관(91)으로 유도한다. 유도관(61)의 입구는 응축기(50a)의 포화공기유로 전체를 커버할 수 있는 크기로 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 유도관(61)의 출구는 후술하는 공기 혼합기(90)의 혼합관(91) 모두를 커버할 수 있는 크기로 형성되는 것이 바람직하다. 제3 실시예에서의 응축기(50a)는 제2 실시예에서의 응축기(50)의 제작방식과 동일하게 제작될 수 있다.

도 11를 참조하면, 공기 혼합기(90)는 혼합관(91)과 배출부(92)를 포함한다. 혼합관(91)은 소정의 길이와 직경으로 형성되고, 복수개가 일정한 간격으로 서로 평행하게 배치되는 것이 바람직하다. 혼합관(91)의 상부는 개구되어 배출부(92)를 형성하고 있다.

또한, 제 3실시예의 냉각탑에서도 비산제거기(32)가 설치되는 것이 바람직하다. 또한, 냉각탑 수조(38)가 냉각탑(60)의 내측 하부에 설치되어, 튜브번들(63)로 분산된 냉각수가 튜브번들(63)의 냉각에 사용된 후 낙하할 때, 이를 수집할 수 있다.

도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 냉각탑(60)에서 사용되는 집수기(120)의 구성을 나타내는 도면이고, 도 11은 제3 실시예에서 사용하는 공기혼합기(90)의 구성을 나타내는 사시도이다. 도 10을 참조하면, 집수기(120)는 응축기(50a)의 하부에 설치되어, 응축기(50a)에서 포화공기의 응축에 의해 발생되어 낙하하는 물을 모을 수 있다. 집수기(120)는 V자 형태의 단면 구조로 형성되고 소정의 길이를 갖는 집수로(121)를 평행하게 복수개 배치하여 상부에서 낙하하는 물을 수집할 수 있다. 집수로(121)의 일단측으로는 집수조(123)를 배치하여, 집수로(121)에 의해 수집된 물을 모을 수 있다. 집수조(123)의 하부에는 배수구(122)를 형성하여 수집된 물을 배출하거나 재사용할 수 있도록 한다. 배수구(122)는 냉각탑 수조(38)에 연결될 수 있다.

이어서, 제3 실시예에 따른 백연경감 및 증발수 회수장치의 동작을 살펴보면 다음과 같다.

제3 실시예에 따른 백연경감 및 증발수 회수장치가 설치된 압입송풍식 밀폐형 냉각탑(60)에서, 전열매체인 튜브번들(63)을 통과한 포화공기(a)는 응축기(50a)의 포화공기유로(54)를 통과하면서 응축공기유로(51)를 통과하는 대기의 공기(b)에 의해 응축된 후 수분함량과 온도가 감소된 불포화상태의 공기(a')로 응축기(50a)를 떠나 수직 상승하고, 응축공기유로(51)를 통과하는 대기의 공기(b)는 포화공기가 응축되면서 방출한 응축잠열에 의해 가열된 상태(b')로 응축기를 떠나게 된다. 응축기(50a)를 떠난 가열된 대기의 공기를 별도의 유도관(61)을 통해 공기혼합기(90)로 유동시켜, 공기혼합기(90)의 혼합관(91)의 배출구(92)를 통해 배출시킬 때 와류가 발생된다. 이 와류로 인하여 응축기(50a)의 포화공기유로(54)를 통해 수직으로 상상하는 불포화상태의 공기와 상기 공기혼합기(90)의 배출구(92)를 통해 배출되는 대기의 공기가 잘 혼합된 다음 상대습도가 크게 낮추어진 상태로 대기로 방출함으로써, 배출공기 중의 수증기가 노점 이하로 떨어지지 않게 하여 백연이 발생되지 않게 된다.

제3 실시예예에 따른 백연경감 및 증발수 회수장치가 설치된 냉각탑(60)의 응축량은 대기의 온도가 낮을수록 증가하며 연평균 응축율은 증발량의 20 - 30% 정도가 된다.

제4 실시예

도 12는 본 발명의 제4 실시예에 따른 백연경감 및 증발수 회수장치가 설치된 압입송풍식 개방형 냉각탑(80)의 구성을 나타내는 도면이다.

압입송풍식 개방형 냉각탑(80)은 냉각수를 냉각탑 내부로 유입되는 공기와 충전재(33)에서 직접 접촉시켜 냉각시키는 방식의 냉각탑이다.

도 12를 참조하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 냉각탑은 하부의 축류형 또는 원심형팬인 제1 팬(84), 건식부 공기흡입구에 배치된 제2 팬(31), 튜브번들(63), 분사노즐(39), 응축기(50a), 유도관(61) 및 공기 혼합기(90)를 포함한다.

본 발명의 제4 실시예에 따른 압입송풍식 개방형 냉각탑(80)을 제3 실시예에 따른 압입송풍식 밀폐형 냉각탑(60)과 비교할 때, 습식부에서 냉각수와 열교환하는 전열매체가 밀폐형인 튜브번들(63)과 분사노즐(39) 대신에 개방형인 충전재(33)가 사용되는 것을 제외하고는 나머지 구성요소들 및 기능은 동일하고, 충전재(33)에서의 냉각수와의 열교환은 도 4의 제2 실시예의 충전재(33)에서의 냉각수와의 열교환과 동일하므로 추가적인 상세한 설명은 생략한다.

제4 실시예예에 따른 백연경감 및 증발수 회수장치가 설치된 냉각탑(80)의 응축량은 대기의 온도가 낮을수록 증가하며 연평균 응축율은 증발량의 20 - 30% 정도가 된다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서의 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

10 : 백연경감 및 증발수 회수장치
21 : 응축부
30, 60, 80 : 냉각탑
31, 35, 65 : 팬
33 : 충전재
50, 50a : 응축기
51 : 포화공기유로
54 : 응축공기유로
90 : 공기혼합기

Claims

연돌 또는 덕트에서 배출되는 포화수증기를 응축하여 물을 회수하고 백연을 경감시키는 백연경감 및 증발수 회수장치에 있어서,
상기 연돌 또는 덕트에서 배출되는 포화수증기의 유속을 감속시키는 감속부;
대기의 공기가 유입되어 그 내부로 유동하는 복수의 응축관을 구비하며,
상기 감속부를 통과한 포화수증기를 상기 복수의 응축관 외부표면으로 유동시켜, 상기 응축관 외부의 고온의 포화수증기와 상기 응축관 내부의 저온의 대기 공기가 열교환하는 응축부;
상기 응축부에서의 열교환과정에서 상기 응축관 외부의 포화수증기의 응축잠열에 의해 가열된 응축관의 내부의 대기의 공기를 배출하는 제1 배출관;
상기 응축부에서의 열교환과정에서 상기 응축관 내부의 대기의 공기로 응축잠열을 방출한 포화수증기를 배출하는 제2 배출관; 및
상기 제1 배출관을 통하여 배출된 대기의 공기와 상기 제2 배출관을 통하여 배출된 포화수증기를 혼합하는 혼합부
를 포함하는 백연경감 및 증발수 회수장치.
제1항에 있어서,
상기 응축부의 응축관 외부를 통과한 포화수증기의 유속을 증속시키는 증속부를 더 포함하며, 상기 감속부는 상기 응축부와 상기 제2 배출관 사이에 배치되는
백연경감 및 증발수 회수장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 감속부에서 배출되는 상기 포화수증기의 유속은 2 - 6 m/s인
백연경감 및 증발수 회수장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 응축부의 응축관 내부를 유동하는 대기의 유속은 10 - 15 m/s인
백연경감 및 증발수 회수장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1 배출관은 상기 제2 배출관에 30 - 40 °의 입사각으로 연결되는
백연경감 및 증발수 회수장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 응축부의 복수의 응축관은 상기 응축기 본체에서의 포화수증기의 흐름방향과 대략 수직으로 배열되는
백연경감 및 증발수 회수장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 응축부에서 응축되어 낙하하는 물을 집수하며 집수된 물을 외부로 배수하는 배수구가 구비된 제1 집수조를 더 포함하는
백연경감 및 증발수 회수장치.
냉각탑의 상단에 설치되는 팬, 냉각탑의 양측의 하부에 배치되는 한 쌍의 습식부 공기흡입구, 냉각수 분사부, 습식부 공기흡입구로 유입되는 공기와 냉각수가 열교환을 하는 충전재, 냉각탑의 상부에 배치되는 한 쌍의 건식부 공기흡입구, 건식부 공기흡입구로 유입되는 대기의 공기량을 조절하는 외부댐퍼, 충전재를 통과하여 상방향으로 이동되어 건식부로 유동되는 포화공기량을 조절하는 내부댐퍼; 건식부 공기흡입구를 통하여 유입되는 대기의 공기와 충전재를 통과하는 포화공기가 열교환하는 응축기; 및 상기 응축기에서 응축되어 습도가 낮아진 포화공기와 상기 응축기를 통과하며 온도가 상승한 대기의 공기가 서로 혼합되는 혼합부를 포함하는 백연경감 및 증발수 회수 냉각탑에 있어서,
상기 응축기는 상기 충전재를 통과한 포화공기가 유동하는 포화공기유로와 상기 건식부 공기흡입구를 통해 유입된 외기가 유동하는 응축공기유로를 포함하고,
상기 포화공기유로 및 응축공기유로는 서로 대략 수직으로 배치되며, 복수개가 서로 교대로 배치되는
백연경감 및 증발수 회수 냉각탑.
제8항에 있어서,
상기 응축기의 포화공기유로 및 응축공기유로는 얇은 재질의 시트로 이루어지며,
상기 시트의 가장자리에는 복수의 오목형 버튼식 체결구와 이에 대응하는 복수의 볼록형 버튼식 체결구가 형성되며,
상기 대향하는 시트들의 가장자리의 접합부에 접착제를 도포한 다음, 상기 복수의 오목형 버튼식 체결구와 대응하는 상기 복수의 볼록형 버튼식 체결구를 결합시켜 포화공기유로와 응축공기유로가 형성되는
백연경감 및 증발수 회수 냉각탑.
제8항 또는 제9항에 있어서,
상기 포화공기유로와 응축공기유로의 입구 및 출구에 35 - 40° 의 산형 구조를 갖는 가이더가 형성되는
백연경감 및 증발수 회수 냉각탑.
제9항 또는 제10항에 있어서,
상기 포화공기유로와 응축공기유로의 조립면 및 상기 산형 가이더의 경사면에 강도 보강용 주름부가 형성되는
백연경감 및 증발수 회수 냉각탑.
제8항 또는 제9항에 있어서,
상기 포화공기유로 및 상기 응축공기유로의 간격을 일정하기 유지하기 위하여 상기 응축기 시트의 양면에 수직 및 수평으로 복수의 돌기가 형성되는
백연경감 및 증발수 회수 냉각탑.
제8항 또는 제9항에 있어서,
상기 포화공기유로 및 상기 응축공기유로를 형성하는 응축기 시트에 물결무늬의 돌조부가 형성되는
백연경감 및 증발수 회수 냉각탑.
제8항 또는 제9항에 있어서,
상기 충전재로 분사된 냉각수가 대기로 방출되는 것을 방지하는 비산제거기를 더 포함하는
백연경감 및 증발수 회수 냉각탑.
제8항 또는 제9항에 있어서,
상기 포화공기유로 및 상기 응축공기유로를 통과하는 공기의 유속이 2 - 6 m/s인
백연경감 및 증발수 회수 냉각탑.
제8항에 있어서,
대기의 온도를 측정하는 온도 센서를 더 포함하며,
상기 외부댐퍼와 상기 내부댐퍼는 대기의 온도에 따라 개폐되는
백연경감 및 증발수 회수 냉각탑.
제16항에 있어서,
대기의 온도가 28℃ 이상이면 상기 외부댐퍼는 폐쇄되고, 상기 내부댐퍼는 개방되며,
대기의 온도가 24 - 28℃ 이면 상기 외부댐퍼와 상기 내부댐퍼는 개방되고,
대기의 온도가 24℃ 미만이면 상기 외부댐퍼는 개방되고, 상기 내부댐퍼는 폐쇄되는
백연경감 및 증발수 회수 냉각탑.
하부의 습식부와 상부의 건식부를 포함하고, 포화공기를 응축하여 수증기를 회수하고 백연을 경감시키는 백연경감 및 증발수 회수 냉각탑에 있어서,
상기 냉각탑의 내측으로 포화공기를 유입시키는 제1 팬;
상기 포화공기를 냉각수와의 열교환에 의해 온도를 저하시키는 밀폐형 또는 개방형 열교환부;
건식부의 공기흡입구를 통하여 유입되는 대기의 공기가 통과하는 응축공기유로와, 상기 열교환부를 통과한 포화공기가 통과하는 포화공기유로로 이루어지며, 상기 응축공기유로와 상기 포화공기유로가 상호 인접하게 배치되어 응축공기유로내의 대기의 공기와 포화공기유로내의 포화공기가 열교환을 하는 응축기;
상기 응축기의 응축공기유로로 대기의 공기를 유입시키는 제2 팬;
상기 응축기의 상부에 배치된 공기혼합기; 및
상기 응축기로부터 배출되는 대기의 공기를 상기 공기혼합기로 배출시키는 유도관을 포함하며,
상기 응축기의 포화공기유로를 통과하면서 응축되어 습도가 낮아진 포화공기와 상기 응축기의 응축공기유로를 통과하면서 온도가 상승되고 상기 유도관을 통하여 배출되는 대기의 공기가 상기 공기혼합기에서 혼합되는
백연경감 및 증발수 회수 냉각탑.
제18항에 있어서,
상기 공기혼합기는 복수의 혼합관을 포함하며, 상기 혼합관은 배출구를 포함하는
백연경감 및 증발수 회수 냉각탑.
제19항에 있어서,
상기 혼합관의 상부가 개구되어 배출구를 형성하는
백연경감 및 증발수 회수 냉각탑.
제19항 또는 제20항에 있어서,
상기 복수의 혼합관은 상기 공기혼합기 본체에서의 포화공기의 흐름방향과 대략 수직으로 배열되는
백연경감 및 증발수 회수 냉각탑.
제18항에 있어서,
상기 응축기의 포화공기유로 및 응축공기유로는 얇은 재질의 시트로 이루어지며,
상기 시트의 가장자리에는 복수의 오목형 버튼식 체결구와 이에 대응하는 복수의 볼록형 버튼식 체결구가 형성되며,
상기 대향하는 시트들의 가장자리의 접합부에 접착제를 도포한 다음, 상기 복수의 오목형 버튼식 체결구와 대응하는 상기 복수의 볼록형 버튼식 체결구를 결합시켜 포화공기유로와 응축공기유로가 형성되는
백연경감 및 증발수 회수 냉각탑.
제18항 또는 제19항에 있어서,
상기 응축기에서 응축되어 낙하하는 수분을 집수하며 집수된 물을 외부로 배수하는 배수구가 구비된 제1 집수조를 더 포함하는
백연경감 및 증발수 회수 냉각탑.
제18항 또는 제19항에 있어서,
상기 충전재로 분사된 냉각수가 대기로 방출되는 것을 방지하는 비산제거기를 더 포함하는
백연경감 및 증발수 회수 냉각탑.
포화수증기를 대기중의 공기와의 열교환하도록 하여 상기 포화수증기에 포함된 수분을 응축하여 회수하여 백연을 경감시키는 백연경감 및 증발수 회수방법에 있어서,
연돌 또는 덕트에서 배출되는 포화수증기를 냉각수와 열교환시키는 1차 열교환단계;
응축기의 응축관 내부로 대기의 공기를 통과시키는 단계;
상기 1차 열교환단계를 거친 포화수증기를 응축관 외부로 통과시켜서 상기 응축기의 응축관 내부로 통과하는 대기의 공기와 열교환시킴으로써, 상기 응축관 외부의 고온의 포화수증기와 상기 응축관 내부의 저온의 대기 공기가 열교환하는 2차 열교환단계; 및
상기 응축기의 응축관 내부를 통과한 대기의 공기와 상기 응축기의 응축관 외부를 통과한 포화수증기를 혼합하여 열교환시키는 3차 열교환단계
를 포함하는 백연경감 및 증발수 회수방법.
제25항에 있어서,
상기 1차 열교환단계를 거친 포화수증기의 유속이 2 - 6 m/s인
백연경감 및 증발수 회수방법.
제25항 또는 제26항에 있어서
상기 응축기의 응축관 내부를 유동하는 대기의 유속은 10 - 15 m/s인
백연경감 및 증발수 회수방법.
하부의 습식부와 상부의 건식부를 포함하는 냉각탑에서, 포화공기를 상기 냉각탑 하부의 습식부로 유입시키는 단계; 상기 포화공기를 냉각수와 열교환시키는 단계; 상기 냉각수와 열교환된 포화공기의 상부 건식부의 응축부로의 유입을 조절하는 단계; 대기의 공기를 상기 냉각탑 상부 건식부의 응축부로 유입시키는 단계; 상기 포화공기와 상기 대기의 공기의 열교환에 의해 상기 포화공기의 응축이 발생되는 단계; 및 열교환에 의해 온도가 상승된 대기의 공기를 응축을 거친 포화공기와 혼합하는 단계를 포함하는 백연경감 및 증발수 회수 냉각탑 제어방법에 있어서,
상기 응축 발생 단계에서
대기의 온도가 28℃ 이상이면 상기 건식부의 응축부로의 대기의 공기 유입은 차단되고, 상기 건식부의 응축부로의 포화공기의 유입이 최대로 되며;
대기의 온도가 24 - 28℃ 이면 상기 건식부의 응축부로 대기의 공기가 유입되고, 상기 건식부의 응축부로의 포화공기의 유입이 최대로 되며;
대기의 온도가 24℃ 미만이면 상기 건식부의 응축부로 대기의 공기가 유입되고, 상기 건식부의 응축부로의 포화공기의 유입이 최소로 되는
백연경감 및 증발수 회수 냉각탑 제어방법.